CÔNG NGHỆ IN 3D VÀ NGÀNH DƯỢC

Vào năm 2015, Cục FDA chính thức công nhận loại thuốc đầu tiên được sản xuất bằng công nghệ in 3D có tên Spritam. Từ đây đã mở ra khá nhiều nghiên cứu về việc ứng dụng in 3D vào nền công nghiệp Dược phẩm. Vậy in 3D có những tiềm năng gì khiến cho nó trở thành một trong những xu hướng tác động mạnh mẽ đến tương lai của ngành Dược?

KHỞI ĐẦU CỦA CÔNG CUỘC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D VÀO Y DƯỢC - Vào tháng 4 năm 2014, cặp sinh đôi nhà Mata được sinh ra với một tương lai mờ mịt và không chắc chắn. Cặp chị em này dính liền vào nhau từ ngực đến vùng xương chậu và dùng chung một vài cơ quan, tách rời họ ra gần như là một điều bất khả thi. Đối mặt với một trong những ca tách rời phức tạp nhất này, bác sĩ phẫu thuật của họ tại Bệnh viện Nhi đồng Texas ở Houston, Mĩ, đã chấp nhận sự giúp đỡ của một trong những công nghệ rất mới: máy in 3D. - Đầu tiên, các cô gái trải qua hàng loạt lượt chụp cắt lớp trên máy tính. Các dữ liệu chụp cắt lớp được sử dụng để in ra các mô hình mã hóa 3D chi tiết và có màu của các cơ quan và xương. Các mô hình cho phép cuộc phẫu thuật tách rời được luyện tập nhiều lần.Vào lúc cặp chị em được 10 tháng tuổi, họ được tách ra trong 18 giờ đồng hồ. Một trong các bác sĩ phẫu thuật cho rằng “ Đây là lần đầu tiên họ thực hiện phẫu thuật tách rời cho cặp sinh đôi một cách thành công nhất”. Và công nghệ in 3D đã trở thành một anh hùng. - Không chỉ thành công trong ca phẫu thuật tách rời này, công nghệ in 3D còn góp mặt trong rất nhiều phòng phẫu thuật vào những năm gần đây. Những ca phẫu thuật phức tạp được luyện tập bằng cách này, bao gồm cấy ghép toàn diên, phẫu thuật não, tim, cột sống. In 3D cũng được sử dụng nhiều nhờ giá thành thấp, và dùng để đo cấy ghép, bao gồm hàm, xương sọ và hông. - Mặc dù vậy, cho đến nay, người ta sử dụng in 3D nhiều nhất trong việc sản xuất thiết bị trợ thính nhờ khả năng quét và dùng dữ liệu của in 3D cho phép tạo ra các thiết bị trợ giúp kĩ thuật số được cá nhân hóa, phù hợp với tai từng người, vừa khít, vừa thoải mái, vừa ngăn ngừa rò rỉ âm thanh.

SẢN XUẤT THUỐC BẰNG IN 3D - In 3D cũng bắt đầu góp mặt vào việc sản xuất thuốc. Mặc dù khó có thể khẳng định in 3D có khả năng thay thể các quy trình sản xuất thuốc hiện tại, nhưng nó được hi vọng là sẽ đóng góp vào việc sản xuất thuốc phù hợp cho từng cá nhân. - Vào năm 2015, cục FDA của Mĩ đã lần đầu chứng nhận loại thuốc sản xuất bằng in 3D đầu tiên và duy nhất tính đến hiện tại có tên Spritam. Đây là đời sau của Levitacetam - một loại thuốc chống động kinh, và được phát triển bởi Công ty Dược phẩm Aprecia, có trụ sở tại Cincinnati, Mĩ. Spritam có cấu trúc phân lớp cao, xốp giúp nhanh chóng hút chất lỏng và tan ra tạo thành dạng huyền phù. Cấu trúc đặc biệt này không thể được tạo ra bằng các phương pháp sản xuất truyền thống. - Ông Tim Tracy, giám đốc điều hành của Công ty Aprecia, giải thích rằng: “Sử dụng công nghệ in 3D, chúng tôi tạo ra một cấu trúc mạng lưới đặc biệt, khi chạm phải một lượng nhỏ nước, nó sẽ phân tán trong miệng chỉ trong vài giây.” Điều này rất có ích đối với trẻ con, người già và những bệnh nhân hay gặp khó khăn trong việc nuốt thuốc. Nó cho phép chứa một liều lượng lớn levetiracetam trong một viên nhỏ. Ông Tracy cho rằng: “Chúng tôi có thể cho vào đến 1 gram hoạt chất vào dạng điều chế mà vẫn đảm bảo khả năng phân tán thuốc giống hệt nhau ở mọi liều lượng”.

- Công ty Aprecia sử dụng một chiếc giường bột độc quyền và công nghệ in 3D phun có tên ZipDose. Đầu tiên, một lớp bột chứa hoạt chất được trải dài trên một băng chuyền. Sau đó nó đi qua một đầu phun in một chất lỏng dính vào những vị trí đặc biệt dọc theo tấm bột, gắn chặt các lớp bột với nhau tại những điểm đó. Tiếp theo, họ phủ lớp bột thứ hai và in phun tương tự. Các lớp được in chồng lên nhau từ 30 đến 40 lần tùy theo kích thước của viên thuốc. - Họ có thể in 10.000 viên thuốc một ngày với 1 máy in. Điều này trái ngược với những ý kiến cho rằng in 3D thường chậm. Công ty Aprecia đã phát triển công nghệ in 3D để sản xuất hàng loạt bằng các máy in có kích thước lớn như một căn phòng thay vì loại máy in nhỏ cỡ để bản. - Thuốc sản xuất bằng công nghệ in 3D có khả năng phân tán thuốc có liều lượng và nồng độ thuốc lớn. Vào tháng 12 năm 2017, công ty Aprecia và công ty dược phẩm Cycle từ Cambridge ở Anh đã liên kết cùng hợp tác phát triển công nghệ in thuốc 3D bằng máy ZipDose cho trẻ em mắc bệnh hiểm nghèo. - Đối với các căn bệnh hiểm nghèo, tính linh hoạt (phân tán tốt) của thuốc in 3D có tác dụng rất lớn. Thay vì việc duy trì cơ sở hạ tầng chuyên môn đắt tiền để sản xuất thuốc với số lượng thấp của đa phần các công ty dược phẩm hiện nay, quy trình sử dụng máy ZipDose có thể in nhiều loại thuốc khác nhau bằng cách thay đổi loại bột thuốc, hay thay đổi “hộp mực” trong các máy in 3D có sẵn trên thị trường. - Khái niệm “thay đổi mực in” này cũng cung cấp khả năng phân quyền sản xuất thuốc trong nhiều trường hợp. Ông Clive Roberts từ Khoa Dược Đại học Nottingham của Anh cho rằng: “ Hãy tưởng tượng một tương lai mà máy in chế tạo thuốc cho bệnh nhân ngay tại chỗ, ở bệnh viện và thậm chí là tiệm thuốc.” - Nó cũng mở ra một thời đại sử dụng máy in 3D trong cá nhân hóa việc chữa trị bằng cách sản xuất thuốc riêng cho tình trạng sức khỏe của mỗi bệnh nhân. Ông Roberts cho rằng: “ Bạn có thể thay đổi việc vận chuyển thuốc, kết hợp thuốc và đưa ra công thức thuốc đặt riêng cho từng bệnh nhân mà không tốn thêm chi phí nào”. - Việc công nhận thuốc Spritam được xem như mốc khởi đầu cuộc cách mạng công nghệ in 3D trong sản xuất thuốc. Ông Jeremy Kahn, đại diện phát ngôn của FDA, phỏng vấn cho tờ Chemistry World, đã nói rằng: “ Hơn 12 công ty sản xuất dược phẩm đã liên hệ chính thống hoặc không chính thống với cục FDA để đăng ký phát triển và nghiên cứu việc ứng dụng công nghệ in 3D vào sản xuất thuốc.”

POLYPILL - NHIỀU LOẠI THUỐC TRONG MỘT VIÊN THUỐC - Phòng thí nghiệm của ông Roberts hiện đang sử dụng máy in 3D để chế tạo các polypill (một viên thuốc chứa nhiều loại thuốc khác nhau để cùng điều trị một tình trạng bệnh). Ý tưởng sử dụng nhiều loại thuốc khác nhau chỉ trong một viên thuốc đã có từ lâu, đây là một cách để làm giảm số lượng thuốc khác nhau phối hợp điều trị bệnh. Nhưng những vấn đề về tương tác thuốc và giải phóng thuốc ở những thời gian khác nhau trong đường tiêu hóa đã làm cho ý tưởng này khó có thể hiện thực hóa. Công nghệ in 3D đã hồi sinh ý tưởng này bằng cách sắp xếp các thuốc ở những khoang khác nhau trong một viên thuốc duy nhất. Vào năm 2015, Roberts đã giới thiệu 2 loại polypill: loại thứ nhất chứa 3 loại thuốc được giải phóng với các tỉ lệ và tốc độ khác nhau, loại thứ hai chứa 5 loại thuốc, 2 loại ở các ngăn phóng thích cùng lúc, và 3 loại phóng thích từ từ ở các ngăn còn lại. Không có sự tương tác thuốc nào xảy ra ở cả hai loại polypill này. - Gần đây nhất, phòng thí nghiệm của ông Roberts đã khám phá ra cách thay đổi hình dạng viên thuốc in bằng máy 3D để thay đổi tốc độ giải phóng thuốc. In 3D cho phép chúng ta thay đổi sự phân bố thuốc trong một viên thuốc bằng cách bỏ một nồng độ lớn thuốc ở trung tâm, giảm dần ra ngoài như gradient và sau đó điều chỉnh khả năng giải phóng thuốc. Đây là những điều mà bạn không thể thực hiện nếu sử dụng các quy chuẩn sản xuất truyền thống. - Đối với các công trình nghiên cứu này, phòng thí nghiệm của Roberts sử dụng các máy in 3D có sẵn trên thị trường, kết hợp với APIs chứa trong mực in phun hoặc dán ép đùn. Ông Roberts giải thích: “ Với việc in ấn và ép 3D, hãy tưởng tượng bạn đang đóng băng một chiếc bánh, ép một miếng dán và sau đó nhanh chóng định hình nó thành một khối rắn.” Nghe thì có vẻ dễ nhưng thực tế thì không dễ chút nào. Phần lớn nỗ lực nghiên cứu của ông tập trung vào việc đầu tư, phát triển bột nhão và công thức mực để kiểm soát chính xác cấu trúc cần thiết của các viên thuốc đã in.

ỨNG DỤNG MÁY IN 3D THÔNG THƯỜNG - Loại máy in 3D quen thuộc nhất hiện nay là FDM (mô hình lắng đọng hợp nhất), loại máy in có một dây nhựa nhiệt dẻo tạo thành ống cắm vào máy in, tan chảy và được in ra ở trạng thái bán nóng. Sau khi in, nhựa sẽ nhanh chóng định hình. Loại máy in này được sử dụng trong máy cắt, nút cửa và các loại tương tự. Trong phòng thí nghiệm, loại máy in này được dùng để làm các vật dụng nhỏ, đơn giản bằng nhựa. Hiện nay, việc sử dụng FDM để sản xuất thuốc cũng đang được nghiên cứu khám phá ở nhiều nơi, trong đó có Khoa Dược của Đại học London ở Anh. - Hướng nghiên cứu của họ là thay thể nhựa nhiệt dẻo bằng một loại nhựa chứa thuốc. Họ nhúng thuốc vào nhựa bằng cách sử dụng quá trình ép nóng chảy (một công nghệ được thiết lập để trộn các phân tử thuốc với polymer dưới áp lực cơ học). Sợi siêu nhỏ thu được được nạp vào đầu in FDM và in. Hiện tại, họ đang nghiên cứu để làm cho sợi này ít giòn hơn. - Sử dụng FDM trong chế tạo và sản xuất thuốc là một thách thức lớn với nhiều vấn đề khác nhau như tốc độ chậm, nhiệt độ phân hủy thuốc, công thức thuốc.

IN 3D TRONG PHÁT TRIỂN NGHIÊN CỨU THUỐC MỚI - In 3D đang được áp dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm như một cách để sản xuất các nhóm tế bào 3D để sử dụng trong sàng lọc thông lượng cao (HTS –high throughput screening). So với các xét nghiệm tế bào 2D thông thường, các nhóm 3D cung cấp một không gian tế bào thực tế hơn. Điều này không chỉ cho phép các hợp chất hiệu quả được xác định dễ dàng hơn, mà còn xác định được độc lực nhanh hơn trong quá trình phát triển thuốc.

Nguồn: https://www.chemistryworld.com/feature/3d-printing-in-pharma/3008804.article